Шумное напряжение
Шум является важным только в том случае, если он измеряется по отношению к сигналу связи, который несет данные или информацию. Электронные схемы приема для цифровой связи имеют широкий диапазон напряжений, который определяет, является ли сигнал двоичным битом « 1 » или « 0 ».
Как чувствительные цепи влияют на шум? (фото Джима Хартланда в Flickr)
Шумовое напряжение должно быть достаточно высоким, чтобы вызывать напряжение сигнала вне этих пределов при возникновении ошибок.
Силовые и логические напряжения современных устройств были резко сокращены, и в то же время скорость этих устройств увеличилась с увеличением времени распространения, которое измеряется в пикосекундах. В то время как скорость оборудования повысилась, а чувствительность напряжения снизилась, шумовые условия, возникающие со стороны источника питания, вообще не уменьшились.
Лучшей иллюстрацией этого условия является рассмотрение того, где напряжение сигнала было и что с ним происходит, по сравнению с шумовым напряжением (см. Рис. 1).
В прошедшие годы сигнальные напряжения могут составлять 30 В или более, но с тех пор неуклонно снижались. Пока напряжение сигнала было высоким, а шумовое напряжение составляло всего 1 В, тогда у нас было то, что большинство технических инженеров назвали бы очень высоким отношением сигнал / шум, 30: 1.
Большинство инженеров скажут, что у вас нет проблем с различием сигнала, если у вас такое высокое отношение сигнал / шум.
По мере развития индустрии электронного оборудования уровень сигнала снизился ниже, ниже 10, а затем ниже 5. Сегодня мы сражаемся с сигналами 1-, 2- и 3 В и все еще находимся с электрическими шумами 1, 2 и 3 В. Когда это происходит в течение коротких периодов времени, шумовой сигнал может быть больше фактического сигнала.
Датчики внутри чувствительного оборудования поворачиваются и пытаются работать на самом шумовом сигнале в качестве преобладающего напряжения.
Рисунок 1 - Относительные величины сигнала и шума (тогда и сейчас)
Когда это происходит, с чувствительного оборудования отправляется проверка четности или сигнал проверки безопасности, спрашивающий, является ли это конкретное напряжение одним из напряжений, которые должен распознать датчик.
Обычно эта проверка терпит неудачу, когда это шумовое напряжение, а не соответствующий сигнал, на который он должен смотреть, и оборудование выключается, потому что у него нет сигнала. Другими словами, оборудование самозащищается, когда нет сигнала, чтобы он работал.
Когда отношение сигнал / шум упало с положительного направления в отрицательное направление, оборудование интерпретирует это как необходимость отключения, поэтому оно не будет работать на спорадических сигналах.
В верхней части фиг.1 логический сигнал 20-30 В значительно превосходит шум, возникающий между включенным и выключенным цифровым сигнальным потоком.
Однако в нижнем изображении шум поднял голову над областью логического сигнала, который теперь значительно снизился в диапазоне 3-5 В и, возможно, даже ниже.
Вы также заметите, что разница между верхним и нижним изображениями на графике показывает скорость, с которой был передан сигнал. В верхнем графе, ons и offs относительно медленны, о чем свидетельствуют большие пробелы между трассами.
На нижнем графике трасса теперь намного быстрее. В то же пространство застряло много других явлений и пропусков, и в этом случае беспорядочное поведение шума может помешать фактической передаче.
Отношение напряжения сигнала к шумовому напряжению определяет силу сигнала по отношению к шуму. Это «отношение сигнал / шум » (SNR) важно для оценки того, насколько хорошо будет работать система связи. При передаче данных напряжение сигнала относительно стабильное и определяется напряжением на источнике (передатчике) и падением напряжения вдоль линии из-за сопротивления кабеля (размер и длина).
Таким образом, SNR является мерой помех на линии связи. SNR обычно выражается в децибелах (дБ), что является логарифмическим отношением напряжения сигнала (S) к шумовому напряжению (N).
SNR 20 дБ считается низким (плохой), тогда как SNR 60 дБ считается высоким (хорошим). Чем выше SNR, тем легче обеспечить приемлемую производительность с более простой схемой и более дешевыми кабелями.
При передаче данных более важным измерением производительности канала является коэффициент ошибок в битах (BER). Это показатель количества успешных битов, полученных по сравнению с битами, которые находятся в ошибке. BER 10-6 означает, что один бит в миллионе будет ошибочным и считается плохой производительностью в системе передачи данных с большой скоростью передачи данных.
BER 10-12 (один бит бит в миллион миллионов) считается очень хорошим. По сравнению с промышленными системами с низкими требованиями к данным, BER 10-4 может быть вполне приемлемым. Существует связь между SNR и BER. По мере увеличения SNR частота ошибок быстро снижается. Большинство систем связи начинают обеспечивать достаточно хорошие BER, когда SNR выше 20 дБ.
Ресурс: заземление, склеивание, защита и защита от перенапряжений - Г. Виджаярагаван
(Купить эту книгу на Amazon)